摘要：根据昆钢2500m3高炉炉型设计特点和原燃料条件，分析了影响该高炉炉型维护的因素，采取高炉精料技术、调整煤气流分布、加强冷却系统的管理、加强高炉炉况调剂管理等措施，实现了对昆钢2500m3高炉炉型的合理控制，保证了炉况稳定顺行。

关键字：高炉；炉型维护；布料；炉况调剂

1  引言

高炉以长期稳定顺行，实现优质、高产、低耗、长寿为生产目标。高炉炉型对高炉生产的稳定顺行，技术经济指标和寿命的提高起着非常重要的作用。高炉炉型包括设计炉型和操作炉型，是高炉内冶炼反应空间的几何形状。设计炉型与炉体结构有关，操作炉型则是开炉点火后逐步形成的，并且随着保护砖和炉衬的脱落、侵蚀发生变化。合理的操作炉型能保证煤气流分布合理，使炉料顺利的下降和煤气流顺利的上行，并能保证炉内炉料的物理化学变化过程顺利进行，取得好的生产指标。操作炉型不合理，会影响高炉顺行，使高炉下料不均匀、偏料、崩滑料、管道、悬料，导致炉缸工况不均匀，各铁口铁水温度、出铁时间、铁口深度等产生较大的偏差，并使各风口的明亮程度和前端焦炭活跃程度差异变大。炉墙粘结不均匀、结厚是高炉操作炉型不合理的主要表现，在处理炉墙结厚的过程中，渣皮脱落砸坏风口的概率非常大，对高炉正常生产产生恶劣影响，因此，控制合理的操作炉型是高炉稳定顺行的关键。在实际生产中通过对冷却壁温度、水温差及热流强度等参数的监测，判断操作炉型的变化，并利用高炉上下部调节制度维持合理的煤气流分布，实现对高炉操作炉型的维护，确保高炉稳定顺行，昆钢2500m3高炉自2012年6月投产以来积极的进行了探索。

2  昆钢2500m3高炉炉型的设计及其特点

2.1  高炉内型

昆钢2500m3高炉的炉型设计特点主要表现在大炉缸、多风口、适当矮胖、减小炉身及炉腹角、加深死铁层等方面，其目的是为了改善料柱透气性、改善煤气分布、提高喷煤比、适当抑制边缘、吹透中心，以实现高产、长寿、低耗、顺行的目的。同时采用砖壁合一、薄壁内衬结构的高炉炉型，使设计炉型基本上就是操作炉型，一代炉役其操作炉型基本维持不变，昆钢2500m3高炉内型尺寸。

2.2  冷却设备

昆钢2500m3高炉采用冷却面积大、冷却均匀、维持炉型好、投资省、安装方便的全冷却壁型式及联合软水密闭循环冷却技术，炉底至炉喉共设置14段冷却壁，按照炉内纵向各区域不同的工作条件和热负荷大小，采用不同结构型式和不同材质的冷却壁，高热负荷区域炉腹、炉腰、炉身下部和铁口区采用导热性能，耐热震性能，耐热流冲击性能高和散热损失小的铜冷却壁，其余采用铸铁冷却壁，冷却壁主要特征。

2.3  高炉内衬

昆钢2500m3高炉根据各部位不同的工作条件和侵蚀机理，有针对性的选用耐火材料，并在结构上加强耐火砖衬的稳定性。

炉底满铺1层国产超高导石墨砖、1层国产微孔碳砖、2层国产超微孔碳砖、2层立砌楔形刚玉莫来石砖，整个炉底砌体高度2800mm。炉缸侧壁外侧采用8层国产超微孔碳砖，总高度4300mm，再加2层国产微孔碳砖，总高度1400mm；炉缸侧壁内侧采用11层国产小块刚玉质砖陶瓷杯结构，风口区采用大块刚玉质组合砖砌筑，铁口通道采用全碳铁口，铁口框内采用刚玉砖，其它为国产超微孔炭砖结构。炉腹及其以上的部位，采用砖壁合一、薄壁内衬结构，5～8段铜冷却壁区域，采用Si3N4-SiC砖和特种喷涂料喷涂，厚度为150mm。第9～10段双层水冷铸铁冷却壁镶砖采用具有很好的抗渣、抗碱侵蚀能力，同时也具有一定的抗冲刷能力和抗热震能力，而且其导热性能好，易结渣皮的Si3N4-SiC砖。第11～13段单层水冷铸铁冷却壁区域，采用抗机械冲刷和碱金属侵蚀的真空浸磷酸粘土砖。第14段倒扣冷却壁区域，采用Si3N4-SiC砖。高炉内衬薄，内型稳定，设计炉型基本上就是操作炉型，内衬直接镶嵌在冷却壁中，冷却壁取消了凸台，节省了大量冷却水，冷却壁外部连管简单、整洁，炉腹、炉腰及炉身中下部采用铜冷却壁和双层水冷铸铁冷却壁，实现了高热负荷冷却壁的无过热化，抗高热负荷冲击能力强，冷却壁热面温度低，便于结渣挂渣。

2.4  软水冷却系统

高炉冷却系统采用联合软水密闭循环系统，将冷却壁、炉底、风口小套、中套、直吹管、热风阀、倒流休风阀通过串联和并联的方式组合在一个系统中。全系统总循环水量正常为4034m3/h，最大可达4760m3/h。具体方案是：从软水泵站出来的软水在炉前一分为二，其中冷却炉底690m3/h，冷却壁直冷管3344m3/h，两者回水进入冷却壁回水总管，从冷却壁回水总管出来的软水一分为三，一部分经高压增压泵增压，供风口小套使用；另一部分经中压增压泵增压，供风口二套、直吹管、热风阀使用；两者回水与多余部分一起回到总回水管，经过脱气罐脱气和膨胀罐稳压，最后回到软水泵房，经过二次冷却，再循环使用。

2.5  检测及监控系统

昆钢2500m3高炉为了实际生产中利于高炉炉型的检测和维护，采用了较为完善的检测系统，以加强对高炉各系统的监测。在混凝土基础设置1层热电偶、炉底设置4层热电偶、炉缸部位设置5层热电偶，总数量170支。冷却壁温度检测共设置了14层热电偶，沿圆周方向均匀布置，总数量115支。在整个软水系统监控包括温度、压力、流量、水位等，设置温度检测点160点、流量检测点110点、压力检测点520点。采用了高炉冷却壁冷却水热负荷与水温差远程监测系统，将140只热电偶纳入炉体热流强度与水温差检测系统，进行实时、连续地监测高炉冷却壁冷却水管道的瞬时流量、进出管道的水温差，并据此计算出热负荷值。炉身共设置了3层静压力计检测，每层4点，共12点。采用较为完善的检测仪表及监控装置，以加强对高炉各系统的监测和控制，为高炉操作创造条件。

3  高炉原燃料条件

3.1  原料条件

昆钢2500m3高炉自2012年6月开炉以来，高炉入炉品位随着钢铁行业生存形势调整，呈波动下降趋势，且由于昆钢地处内陆，省内贫杂矿使用量较高，有害元素负荷居高不下。图１为昆钢2500m3高炉入炉品位开炉至今的变化情况，图2为昆钢2500m3高炉有害元素负荷开炉至今的变化情况。

由于高炉入炉品位下降，导致渣比升高，对高炉造成很大的危害，主要影响如下。

１)  入炉品位每降低１％，焦比升高1.5％～2％［１］。

２)  渣量增加，滴落带及炉缸的透气性、透液性下降，导致下部压差升高，高炉总体压差上升，给高炉操作带来了难度，影响炉况的稳定顺行。

３)  炉缸液面较以前上升快，高炉易憋风，严重时出现煤气流紊乱导致崩料、滑尺等。

４)  一旦渣铁排放稍有不及时，中上部冷却壁温度波动大，钢砖温度上升，水温差升高，必然带来消耗增加。

同时由于有害元素负荷较高，这些有害元素入炉后，一方面破坏原燃料的冶金性能，并在炉内形成循环富集，造成高炉悬料、结瘤等，影响炉况的稳定和指标的优化；另一方面对砖衬和冷却设施造成侵蚀，给高炉长寿带来极大的危害，主要影响如下。

1)  使焦炭的反应性(CRI)明显增加，焦炭的反应后强度(CSR)将明显降低。

2)  使球团矿“异常膨胀”而严重粉化，铁矿石易生成低熔点化合物而降低软化温度，使软熔带上移，高炉中、上部生成的液态或固态粉末状碱金属化合物(如K2O、Na2O、ZnO等)能粘附在炉墙上，促使炉墙结厚或结瘤，或破坏砖衬。

3)  K、Na、Pb、Zn渗入砖衬缝隙中造成炉缸、炉底侵蚀速度加快，风口二套上翘和变形。

4)  随煤气逸出的ZnO，能在炉顶煤气封罩、上升管和下降管凝集，影响布料溜槽的正常运行和加油，堵塞煤气管道。

5)  有害元素破坏原燃料的冶金性能，并在炉内形成循环富集，造成高炉中上部炉墙结厚等，影响炉况的稳定和指标的优化。

3.2  燃料条件

昆钢2500m3高炉是武钢集团昆明钢铁股份有限公司淘汰落后、结构调整技术改造工程（185万吨）项目的一期工程，未装备冶金焦制备系统，2500m3高炉冶炼所使用煤焦全部进行外购，且用汽车运输进厂。2012年6月投产以来所使用煤焦主要存在以下几方面的问题：

1)  煤焦品种多，数量不稳定，造成库存管理难度增大。

2)  质量参差不齐，同一品种煤焦质量不稳定，波动大，给煤焦使用带来困扰。

3)  供货过程中经常出现以次充好，给公司造成经济损失，同时影响高炉顺行的稳定性。

4  炉型管理

4.1  高炉精料技术

高炉精料的要求是改善原燃料质量，使原燃料具有品位高、粒度均匀、强度好、还原和造渣特性优良等条件，使焦炭具有灰分低，硫低、强度高、反应性低等条件[2]。精料是高炉稳定顺行的基础，也是高炉降低燃料消耗的保障。精料技术包括合理的炉料结构和高质量的入炉原燃料。根据原料的实际情况，昆钢2500m3高炉确定了70％高碱度烧结矿配加30％酸性球团矿的炉料结构。烧结矿主要以省内矿粉为主，配加部分进口矿粉，同时配加一定比例的铁精矿，磁铁矿和赤铁矿合理搭配，并采用了低温（碳）、厚料层等烧结技术，日常生产中控制烧结矿FeO含量在8.5％～9.5％范围内，烧结矿相结构中铁酸钙含量达到40％，保证烧结矿具有较好的还原性能和良好的物理性能。焦炭在高炉中所起的料柱骨架作用是任何物质无法取代的，随着高炉容积增加，焦炭在炉内承受的负荷和冲击力就会增大，焦炭的劣化程度变得更为重要。昆钢2500m3高炉焦炭全部外购，要求焦炭冷态、热态指标必须满足2500m3级高炉的要求，焦炭M40>87％、M10<6.5%、CSR>65%、CRI<28％。同时严格控制入炉原燃料的粉末率，控制下料速度及筛面上料层厚度，保证筛分效果，确保筛分质量并定期对各振动筛筛板进行清理，保证人炉粉末率小于5％，对焦炭进行分级人炉，配吃焦丁的同时严禁粉末入炉。合理的炉料结构及良好的原燃料质量为高炉炉型维护和降低燃料消耗提供了物质保证。

4.2  调整煤气流分布

调整高炉操作制度，维持合理操作炉型，提高煤气利用率，降低燃料消耗。高炉燃料燃烧产生的煤气经过回旋区初始分布、软熔带二次分布、块状带三次分布达到高炉炉顶，煤气利用率的高低是煤气在炉内能否与炉料充分接触、化学能和热能能否充分利用的标志。提高煤气利用率可以降低高炉燃料比，只有使炉内煤气流分布合理，才能保持较高的煤气利用率。昆钢2500m3高炉在操作技术上以“上捂下活”为指导，采取下部活跃炉缸，上部疏通气流，保持中心气流开、边缘气流稳定的两道煤气流操作制度。下部送风制度上，通过调节风口直径、长度及斜度，调整送风面积为0.3m2左右，保证合理鼓风动能和最佳回旋区深度，实现合理初始煤气流分布。上部装料制度上，确定了稳定边缘气流、适当发展中心气流以及与下部初始煤气流分布相适应的原则来调整布料档位。高炉依据气流变化对布料制度进行调整，主要方法是形成稳定焦炭平台，矿石布料向边缘平移，适当中心加焦，形成“边缘平台+漏斗+中心加焦”的料面形状，形成倒“V”软熔带。这种布料矩阵适当抑制了边缘气流，同时降低了中间环带煤气流的阻力，煤气流更容易吹透中心，稳定操作炉型。布料制度调整变化情况如下：

 → 

通过对操作制度的调整，气流分布合理，煤气利用率不断提高，高炉燃料比逐渐降低，开炉至今的昆钢2500m3高炉煤气利用率变化趋势如图3。

4.3  冷却系统的管理

1)  水压、水量、进水温度、水温差管理

昆钢2500m3高炉冷却软水量长期控制在4100ｍ３/h，严格控制软水进水温度39.5℃，波动幅度在0.5℃，冷却壁进出水温差控制在5.5～６.5℃之间，超出该范围则在布料制度上进行相应调整，以保持适宜的渣皮厚度。精心维护高炉冷却器，确保冷却器有合适、稳定的水压、水量、进水温度，及时、准确判断冷却壁及风口漏水，不误判、不漏判，减水控制合适，必要时将软水倒为工业水，避免因炉内漏水造成炉墙局部结厚，破坏高炉炉型。

2)  冷却壁温度管理

图４为昆钢2500m3高炉开炉至今冷却壁温度的变化。结合生产实践，由图４可以看出，昆钢2500m3高炉生产中炉腹、炉腰、炉身下部（5-8段为铜冷却壁）冷却壁温度一般控制在50～70℃范围内，低于50℃，则表明边缘气流变弱或存在粘结现象；高于70℃，则表明边缘气流过分发展；如果局部温度大于80℃，则表明渣皮脱落，铜冷却壁壁体温度最大不能超过150℃。炉身中上部（9-14段为铸铁冷却壁）冷却壁温度一般控制在80～220℃范围内，低于80℃，则表明边缘气流变弱或存在粘结现象；高于220℃，则表明边缘气流过分发展；如果局部温度大于220℃，则表明渣皮脱落，铸铁冷却壁壁体温度最大不能超过400℃。开炉后，通过不断地摸索，昆钢2500m3高炉５～8段铜冷却壁温度控制的合理范围为50～70℃，9～14段铸铁冷却壁温度控制在80～220℃。从冷却壁温度变化特点看，铜冷却壁温度变化较为稳定，保持在50～70℃之间，而炉身上部冷却壁9～14段呈激励波动趋势，特别是12段冷却壁温度处于较低的温度水平频次较多，这对于高炉操作炉型的保持是不利的，温度长期偏低，说明此段发生炉墙结厚。因此，保证高炉炉型合理，就要保证所有冷却壁温度均衡。

4.4  高炉炉况调剂

1)  高炉日常操作调剂

热制度是保证炉缸工况和维护合理炉型的基础条件。强化冶炼时，高温区下移，软熔带位置降低、区间缩小，一旦面临原燃料的波动，热制度调整尤为关键。昆钢2500m3高炉以[Si]和物理热为基础，固定风温和富氧量操作，确保铁水中的物理热Ｔｂ大于1440℃，0.2%<[Si]<0.5%。采取炉温趋势管理，提前调整热量平衡，保证炉温充沛、物理热充足，为渣铁提供充足的过热度；根据实际炉渣碱度变化情况，核算理论炉渣碱度，及时调整至合适的范围，保证渣铁良好的流动性，及时出尽渣铁，防止上下部调整时，渣皮脱落，崩滑料和冷却设备漏水造成炉缸热量的剧减。

2)  高炉炉身结厚处理

高炉炉身结厚一般遵循“上炸下洗”的原则。昆钢2500m3高炉炉墙结厚大部分发生在炉身上部，砖壁合一、薄壁内衬技术的使用，不允许进行炸除。当炉身上部发生粘结时，高炉根据生产情况，组织休风利用休风后炉体冷却壁壁体温度变化，热胀冷缩，使粘结物产生应力，和冷却壁壁体分离达到消除粘结的目的。粘结严重时，组织高炉降料面，料面降到粘结物下部，利用粘结物失去支撑力，依靠自身重力脱落，消除粘结。也可以在休风之前降低料面，休风后粘结物脱落，达到消除粘结的目的。昆钢2500m3高炉开炉至今利用降料面消除粘结5次，休风消除粘结多次，及时维护操作炉型。

5  效果

昆钢2500m3高炉通过高炉精料技术、调整煤气流分布、加强冷却系统的管理、加强高炉炉况调剂管理等措施，实现炉型的合理控制，2015年各项主要经济指标取得明显改善，高炉燃料比降到525kg/t，表3为昆钢2500m3高炉2012年、2013年、2014年、2015年、2016年主要生产指标对比。

6  存在的问题

昆钢2500m3高炉由于原燃料条件和设计要求的原燃料相差甚远，在生产实践中，表现出炉身下部冷却壁渣皮不稳定，经常大面积脱落引起气流波动，同时炉缸热负荷徒然上升，引起炉温、碱度波动，出现集中排碱，造成热制度失常；炉身中上部由于有害元素负荷高，有害元素随煤气流上升冷凝，影响料柱透气性，造成炉墙结厚；冷却壁水冷通道一通到顶，只能进行纵向扇区水量调整的方式满足不了昆钢原燃料条件下的炉型维护的工艺要求。

7  结论

1） 稳定的原燃料质量是高炉维持合理操作炉型的基础。

2） 通过冷却制度和装料制度的调整，控制冷却壁壁体温度在合适范围，可以实现炉型的优化与控制。

3） 合理的操作炉型有利于炉内炉料的下降和煤气流的上升，有利于炉内炉料的物理化学变化过程顺利进行，提高煤气利用率，降低燃料消耗。

参考文献:

[1] 张福明,程树森.现代高炉长寿技术[M].北京:冶金工业出版社,2012:4.

[2] 王筱留修订.高炉生产知识问答(第二版)[M].北京:冶金出版社,2004:1.